(57)【要約】【課題】ブラッグピークを大幅に縮小化することで、１．４９μｍの光の透過率を実用上十分な大きさに保つとともに、波長１．３０μｍ付近の光の透過率を十分に抑えること。【解決手段】基板８の主面８ａ側に設けられたクラッド１２と、クラッド中に設けられたコア１８とで構成された光導波路１１を備えており、光導波路が、幅が第１幅の幅広部１４ａ及び第２幅の幅狭部１４ｂを、光伝搬方向に沿って直列に接続してなり、長さを第１周期とするユニットＵを、ｎ段にわたり直列に接続したグレーティング１４を備え、グレーティングの第１周期が、グレーティングに入力された第１波長の第１光をクラッドに放射するとともに、第１波長より波長が長い第２波長の第２光を透過させるように決められている。【選択図】図１
2013064942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主面側に設けられたクラッドと、該クラッド中に設けられたコアとで構成された光導波路を備えており、
該光導波路が、光伝搬方向に垂直かつ前記主面に平行な方向に沿って測った長さである幅が、第１幅の幅広部及び前記第１幅よりも小さい第２幅の幅狭部を、光伝搬方向に沿って直列に接続してなり、光伝搬方向に沿って測った長さを第１周期とするユニットを、ｎ段（ｎは２以上の整数）にわたり直列に接続したグレーティングを備え、
前記グレーティングの前記第１周期が、当該グレーティングに入力された第１波長の第１光を前記クラッドに放射するとともに、前記第１波長より波長が長い第２波長の第２光を透過させるように決められていることを特徴とする光素子。
【請求項２】
前記コアを構成する材料をＳｉとし、前記クラッドを構成する材料をＳｉＯ２とすることを特徴とする請求項１に記載の光素子。
【請求項３】
前記コアを構成する材料は、前記クラッドを構成する材料の屈折率よりも４０％以上大きな屈折率を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の光素子。
【請求項４】
前記第１波長を１．３０±０．５μｍの範囲の波長とし、前記第２波長を１．４９μｍとすることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の光素子。
【請求項５】
前記第１幅と前記第２幅との差を１８０〜２００ｎｍの範囲の値とし、
前記第１幅を４００〜５００ｎｍの範囲の値とし、
前記ｎを６０〜１００の範囲の値とすることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の光素子。
【請求項６】
前記第１周期をΛとし、前記第１波長をλ１とし、前記第１波長λ１における前記クラッドの等価屈折率をｎｃとし、前記第１波長λ１における前記グレーティングの等価屈折率をｎｗとし、及び、前記クラッドに放射される前記第１光の伝搬方向と前記グレーティングの中心軸とのなす角をΘとするとき、
第１周期Λを下記式を満足する値に設定することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の光素子。
Λ＝λ１／（ｎｃ×ｃｏｓΘ＋ｎｗ）
【請求項７】
前記光導波路が、
２個の第１直線部、及び、該２個の第１直線部の間を接続する第１湾曲部を備えた第１光導波路、並びに、前記２個の第１直線部のそれぞれに光結合可能な距離だけ離間して、該２個の第１直線部とそれぞれ平行に配置されている２個の第２直線部、及び、該２個の第２直線部の間を接続し、前記第１湾曲部との光路長差がΔＳ（ただし、ΔＳは正の実数）である第２湾曲部とを備えた第２光導波路を有し、前記第１光導波路の入力端に入力された前記第２光を、前記第２光導波路の出力端から出力させるように構成された第１型のマッハツェンダ干渉計を１個以上含む干渉器をさらに有し、
複数の前記マッハツェンダ干渉計を有する場合、それぞれの前記第１光導波路同士が互いに接続され、及び、それぞれの前記第２光導波路同士が互いに接続されており、
前記グレーティングが、前記干渉器の前記第２光導波路の前記出力端に接続されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の光素子。
【請求項８】
前記光導波路が、
２個の第１直線部、及び、該２個の第１直線部の間を接続する第１湾曲部を備えた第１光導波路、並びに、前記２個の第１直線部のそれぞれに光結合可能な距離だけ離間して、該２個の第１直線部とそれぞれ平行に配置されている２個の第２直線部、及び、該２個の第２直線部の間を接続し、前記第１湾曲部との光路長差が−ΔＳである第２湾曲部とを備えた第２光導波路を有し、前記第１光導波路の入力端に入力された前記第２光を、前記第２光導波路の出力端から出力させるように構成された第２型のマッハツェンダ干渉計を１個以上さらに備え、
複数の前記マッハツェンダ干渉計において、それぞれの前記第１光導波路同士が互いに接続され、及び、それぞれの前記第２光導波路同士が互いに接続されていることを特徴とする請求項７に記載の光素子。
【請求項９】
前記光導波路が、
１個の前記第１型のマッハツェンダ干渉計を副干渉器として更に備え、
前記干渉器における前記第１光導波路の出力端に、前記副干渉器における第２光導波路の入力端が接続されており、前記干渉器の前記第１光導波路の前記入力端に入力された第１光が、前記副干渉器の前記第２光導波路の出力端から出力されることを特徴とする請求項７又は８に記載の光素子。
【請求項１０】
前記光導波路が、
それぞれの前記第１光導波路同士を互いに接続するとともに、それぞれの前記第２光導波路同士を互いに接続した２個以上の前記マッハツェンダ干渉計を備えた副干渉器を更に含み、
前記干渉器における前記第１光導波路の出力端に、前記副干渉器における第２光導波路の入力端が接続されており、前記干渉器の前記第１光導波路の前記入力端に入力された第１光が、前記副干渉器の前記第２光導波路の出力端から出力されることを特徴とする請求項７又は８に記載の光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、１本の光ファイバを伝搬する波長の異なる２種の光により双方向通信を行うに当たり、発光素子から出力される光と、受光素子へと入力される光との合分波を行う光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
加入者側から局側への光伝送（上り通信）と、局側から加入者側への光伝送（下り通信）とを１本の光ファイバで行う光加入者系の通信システムにおいては、上り通信及び下り通信を異なる波長の光で行うことがある。この場合、局側及び加入者側の双方で、異なる波長の光を合分波する光素子（以下、光合分波素子とも称する。）が必要となる。
【０００３】
光加入者系の通信システムで用いられる加入者側終端装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｕｎｉｔ）は、空間光学的に光軸合わせされた光合分波素子、発光素子及び受光素子を備えている。しかし、近年、光軸合わせの手間を軽減するために、光導波路により構成された光合分波素子が開発されている（例えば、特許文献１〜５参照）。この光導波路を用いた光合分波素子（以下、導波路型光素子とも称する。）では、光の伝搬経路を、予め作りこまれた光導波路内に限定するので、従来の光合分波素子におけるレンズやミラー等の光軸合わせが不要となる。さらに、導波路型光素子では、発光素子及び受光素子を、予め光合分波素子に作成されたマークを基準にして、光導波路の入出射端に位置合わせすればよい。そのため、発光素子及び受光素子に入出射される光ビームの厳密な光軸合わせの手間が大幅に省かれる。
【０００４】
近年、ＳｉＯ２を材料とするクラッドと、ＳｉＯ２との屈折率差が大きなＳｉを材料とするコアとで光導波路（以下、Ｓｉ光導波路とも称する。）を構成した導波路型光素子が報告されている（例えば、非特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．２２，ｐ．２３９２，２００６年１１月
【非特許文献２】Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．２３，ｐ．１９６８，２００８年１２月
【非特許文献３】Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．２３，ｐ．２３８９１，２０１０年１１月
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許４８６０２９４号明細書
【特許文献２】米国特許５７６４８２６号明細書
【特許文献３】米国特許５９６０１３５号明細書
【特許文献４】米国特許７０７２５４１号明細書
【特許文献５】特開平８−１６３０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
Ｓｉ光導波路は、コアの屈折率がクラッドの屈折率よりも非常に大きいために、光を光導波路に強く閉じ込めることができる。また、この大きな屈折率差を利用して、光を１μｍ程度の小さい曲率半径で曲げる曲線状光導波路を実現することができる。さらに、製造時に、Ｓｉ電子デバイスでの加工技術が利用できるために、きわめて微細なサブミクロンの断面構造を実現できる。これらのことから、Ｓｉ光導波路を用いることで、導波路型光素子を小型化することができる。
【０００８】
しかし、Ｓｉ光導波路では、その屈折率の高さ故に、光導波路の寸法誤差等の僅かな外乱で、光導波路に大きな等価屈折率誤差が生じてしまう。その結果、Ｓｉ光導波路を備えた導波路型光素子を含むＯＮＵでは、十分な消光比を得ることができなかった。ここで、消光比とは、ＯＮＵの受光素子が受ける光において、下り通信光の波長（１．４９μｍ）の光強度に対する上り通信光の波長（１．３０μｍ）の光強度の比率である。
【０００９】
導波路型光素子を用いたＯＮＵの場合に限らず、一般に、所定の波長の光成分を系外に除去するためには、グレーティングが用いられることがある。例えば、波長１．３０μｍ付近の光をクラッドに効果的に放射するグレーティングを用いれば、ＯＮＵの消光比を改善できる。
【００１０】
しかし、光導波路を構成する材料の種類に関わりなく、波長１．３０μｍ付近の光をクラッドに放射するように設計すると、不可避的にグレーティングのブラッグ波長が１．６μｍ付近に設定されてしまう。ブラッグ波長付近には、反射率が非常に高い反射ピーク（以下、「ブラッグピーク」と称する。）が存在する。そのため、ブラッグ波長との波長差が０．１μｍ程度の下り通信光（波長１．４９μｍ）は、ブラッグピークの影響を受け、グレーティングにより部分的に反射されてしまう。つまり、この設計では、グレーティングにおける下り通信光の透過率が減少してしまう。そのため、従来、ＯＮＵの消光比を改善する目的のためにグレーティングが採用されることはなかった。
【００１１】
発明者は、鋭意検討の結果、Ｓｉ光導波路で形成されたグレーティングを所定の構造とすることで、ブラッグピークの縮小化、及び波長１．３０μｍ付近の透過光の低強度化を同時に達成できることに想到した。
【００１２】
従って、この発明の第１の目的は、（１）ブラッグピークを大幅に縮小化することで、波長１．４９μｍの光の透過率を実用上十分な大きさに保つとともに、（２）波長１．３０μｍ付近の光の透過率を十分に抑えることを可能とした、Ｓｉ光導波路で形成されたグレーティングとして機能する光素子を提供することにある。
【００１３】
また、この発明の第２の目的は、上述のグレーティングを用いた、導波路型光素子として機能する光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した第１の目的の達成のために、この発明の第１の光素子は、基板の主面側に設けられたクラッドと、クラッド中に設けられたコアで構成された光導波路を備えている。光導波路が備えるグレーティングは、光伝搬方向に垂直かつ主面に平行な方向に沿って測った長さである幅が、第１幅の幅広部及び第１幅よりも小さい第２幅の幅狭部を、光伝搬方向に沿って直列に接続してなり、光伝搬方向に沿って測った長さを第１周期とするユニットを、ｎ段（ｎは２以上の整数）にわたり直列に接続している。
【００１５】
そして、グレーティングの第１周期が、グレーティングに入力された第１波長の第１光をクラッドに放射するとともに、第１波長より波長が長い第２波長の第２光を透過させるように決められている。
【００１６】
上述した第２の目的の達成のために、この発明の第２の光素子は１個以上の第１型のマッハツェンダ干渉計を備えた干渉器をさらに有している。ここで、第１型のマッハツェンダ干渉計は、第１光導波路及び第２光導波路を備えている。
【００１７】
第１光導波路は、２個の第１直線部、及び、２個の第１直線部の間を接続する第１湾曲部を備えている。第２光導波路は、２個の第２直線部及び第２湾曲部を備えている。第２直線部は、２個の第１直線部のそれぞれに光結合可能な距離だけ離間して、２個の第１直線部とそれぞれ平行に配置されている。第２湾曲部は、２個の第２直線部の間を接続し、第１湾曲部との光路長差がΔＳ（ただし、ΔＳは正の実数）である。
【００１８】
そして、第１型のマッハツェンダ干渉計は、第１光導波路の入力端に入力された第２光を、第２光導波路の出力端から出力させるように構成されている。
【００１９】
さらに、干渉器が複数のマッハツェンダ干渉計を有する場合、それぞれの第１光導波路同士が互いに接続され、及び、それぞれの第２光導波路同士が互いに接続されており、グレーティングが、第２光導波路の出力端に接続されている。
【発明の効果】
【００２０】
この発明の第１の光素子は、波長１．３０μｍ付近の光をクラッドに放射するように設計されたグレーティングを備えているにも関わらず、波長１．６μｍ付近に存在するブラッグピークの強度を、実用上十分な強度にまで低下させることができる。その結果、グレーティングを透過する波長１．４９μｍの下り通信光の透過率の低下を従来に比較して抑えることができる。
【００２１】
この発明の第２の光素子は、上述のグレーティングを備えているので、この光素子を構成要素としたＯＮＵは、消光特性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（Ａ）は、実施形態１の光素子の構造を模式的に示す平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＡ−Ａ線に沿って取った端面図である。
【図２】実施形態１の光素子の特性を示す特性図である。
【図３】（Ａ）は、実施形態２の光素子の構造を模式的に示す平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿って取った端面図である。
【図４】実施形態３の光素子の構造を概略的に示す平面図である。
【図５】実施形態３の光素子の特性を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。なお、各図において各構成要素の形状、大きさ及び配置関係について、この発明が理解できる程度に概略的に示してある。また、以下、この発明の好適な構成例について説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。また、各図において、共通する構成要素には同符号を付し、その説明を省略することもある。
【００２４】
［実施形態１］
以下、図１及び図２を参照して、実施形態１の光素子について説明する。図１（Ａ）は、光素子の構造を概略的に示す平面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）をＡ−Ａ線に沿って切断した端面図である。図２は、光素子の特性を示す特性図である。
【００２５】
なお、図１（Ａ）において、光素子を構成するグレーティング１４は、クラッド１２に覆われているために、直接目視することはできないが、強調のために実線で描いてある。
【００２６】
（構造）
図１（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、光素子１０の構造について説明する。光素子１０は、クラッド１２とコア１８とで構成される光導波路１１を備えている。光導波路１１はグレーティング１４を備えている。
【００２７】
クラッド１２は、基板８の主面８ａ側に一様な厚みで延在する膜体である。より詳細には、クラッド１２は、主面８ａ上に設けられており、内部に包含したコア１８とともに、光導波路１１を構成している。
【００２８】
以降、光素子の寸法に関して、光伝搬方向に垂直かつ主面８ａに平行な方向に沿って測った長さを「幅」と称する。また、主面８ａに垂直な方向に沿って測った長さを「厚み」と称する。同様に、光伝搬方向に沿って測った長さを「長さ」と称する。また、所定の構造体の光伝搬方向に垂直な断面のことを「横断面」と称する。
【００２９】
クラッド１２を構成する材料は、例えば、屈折率が約１．４４のＳｉＯ２とする。クラッド１２の厚みは約３μｍとする。そして、主面８ａからの距離が約１．５μｍの深さにコア１８が配置されている。基板８への不所望な光の結合を防ぐためには、コア１８と基板８との間に１μｍ以上の厚みのクラッド１２を介在させることが好ましい。基板８は、例えば、Ｓｉを材料とする。
【００３０】
コア１８は、クラッド１２の屈折率よりも４０％以上大きな屈折率を有する材料で形成されている。この実施形態に示す例では、コア１８は、屈折率が約３．４７のＳｉとする。
【００３１】
グレーティング１４は、コア１８に形成された光導波路型の回折格子である。より詳細には、グレーティング１４は、幅広部１４ａと幅狭部１４ｂとを光伝搬方向に直列に接続したユニットＵを、ｎ段（ｎは２以上の整数）にわたり直列に接続して構成されている。この実施形態では、例えば、ｎ＝６０とする。
【００３２】
グレーティング１４の一端には光入力部ＩＮ１４が設けられている。光入力部ＩＮ１４から、第１波長λ１の第１光Ｌｔ１と、第１波長λ１よりも波長が長い第２波長λ２（＞λ１）の第２光Ｌｔ２との混合光が入力される。グレーティング１４の他端には光出力部ＯＵＴ１４が設けられている。光出力部ＯＵＴ１４からは波長選択された第２光Ｌｔ２のみが出力される。第１光Ｌｔ１は、グレーティング１４を伝搬する過程でクラッド１２に放射され、放射光Ｌｔとして失われる。この点については後述する。
【００３３】
この実施形態に示す例では、第１光Ｌｔ１の第１波長λ１を、光加入者系通信システムで上り通信光として一般的に用いられる１．３０μｍとする。また、第２光Ｌｔ２の第２波長λ２を、光加入者系通信システムで下り通信光として一般的に用いられる１．４９μｍとする。
【００３４】
ところで、ＯＮＵの発光素子から出力される第１光Ｌｔ１は、正確に言えば、第１波長λ１±０．５μｍの波長範囲に広がっている。よって、以下の説明において、特に断らない限り、第１波長λ１とは１．３０±０．５μｍの波長範囲を示す。また、同様に、第１光Ｌｔ１とは、第１波長λ１の波長範囲に広がった光のことを示す。
【００３５】
ユニットＵを構成する幅広部１４ａは、横断面形状が矩形状のチャネル型光導波路である。幅広部１４ａは、厚みをＤとし、幅を第１幅Ｗ１とし、及び長さを第１長Ｌ１とする。一方、ユニットＵを構成する幅狭部１４ｂは、横断面形状が幅広部１４ａとは異なる矩形状のチャネル型光導波路である。幅狭部１４ｂは、厚みを幅広部１４ａと等しいＤとし、幅を第１幅Ｗ１よりも小さい第２幅Ｗ２とし、及び長さを第２長Ｌ２とする。
【００３６】
この実施形態に示す例では、第１幅Ｗ１は、好ましくは例えば約３９０ｎｍとする。また、第２幅Ｗ２は、好ましくは例えば約２１０ｎｍとする。また、厚みＤは、好ましくは例えば約３００ｎｍとする。また、第１長Ｌ１及び第２長Ｌ２は互いに等しく、約１８５ｎｍとする。
【００３７】
幅広部１４ａと幅狭部１４ｂの長さＬ１及びＬ２は等しいので、ユニットＵの平均幅は、第１幅Ｗ１と第２幅Ｗ２の単純平均である３００ｎｍとなる。グレーティング１４の基本単位はユニットＵであるので、グレーティング１４の全長における平均幅は、ユニットＵの平均幅と等しく３００ｎｍである。このように、グレーティング１４の平均幅と厚みＤとを共に３００ｎｍとすることで、光の伝搬に関して、グレーティング１４は、１辺の長さが３００ｎｍの正方形横断面形状のチャネル型光導波路と同等に機能する。これにより、グレーティング１４は、第１及び第２光Ｌｔ１及びＬｔ２をシングルモードで伝搬する。さらに、グレーティング１４は、両光Ｌｔ１及びＬｔ２に対して、偏波無依存で動作する。
【００３８】
ユニットＵは、直列に接続された１個ずつの幅広部１４ａと幅狭部１４ｂとからなるので、ユニットＵの長さである第１周期Λは、Ｌ１＋Ｌ２（＝３７０ｎｍ）となる。幅広部１４ａと幅狭部１４ｂの長さＬ１及びＬ２は互いに等しいので、グレーティング１４のデューティー比は５０％となる。後述のように、この第１周期Λは、グレーティング１４に入力された第１波長λ１の光をクラッド１２に放射させるとともに、第１波長λ１より波長が長い第２波長λ２の第２光Ｌｔ２を透過させるように定められている。
【００３９】
幅広部１４ａの第１幅Ｗ１は、幅狭部１４ｂの第２幅Ｗ２よりも大きい。よって、グレーティング１４を伝搬する光が感じる等価屈折率は、幅広部１４ａの方が幅狭部１４ｂよりも大きい。つまり、ユニットＵは、直列に接続された、等価屈折率が大きい高屈折率領域（幅広部１４ａ）と、等価屈折率が高屈折率領域よりも小さい低屈折率領域（幅狭部１４ａ）とを備えている。
【００４０】
ここで、第１周期Λの設計方法について説明する。グレーティング１４を伝搬する第１波長λ１の光をクラッド１２に放射するためには、第１周期Λを下記式（１）に従い決定すればよいことが知られている。
【００４１】
Λ＝λ１／（ｎｃ×ｃｏｓΘ＋ｎｗ）・・・（１）
ここで、ｎｃは、第１波長λ１におけるクラッド１２の等価屈折率である。また、ｎｗは、第１波長λ１におけるグレーティング１４の等価屈折率である。また、結合角Θとは、グレーティング１４の中心軸Ｃと、放射光Ｌｔの伝搬方向とのなす角度とする。
【００４２】
また、式（１）に従い設計されたグレーティング１４のブラッグ波長λＢは、下記式（２）で与えられることが知られている。
【００４３】
λＢ＝２ｎｗ×Λ・・・（２）
なお、式（１）及び式（２）において、第１波長λ１の波長範囲で、ｎｃ及びｎｗは波長依存性が無くそれぞれ定数とみなせる。
【００４４】
グレーティング１４からクラッド１２へと光を効果的に放射させるには、一般に、結合角Θを０°＜Θ≦３０°の範囲内に収めればよいことが知られている。よって、第１周期Λを決定するためには、（１）式に、ｎｃ及びｎｗとともに、第１波長λ１の上限波長（１．３５μｍ）及び下限波長（１．２５μｍ）を入力して、下限波長と上限波長との間で結合角Θが０°＜Θ≦３０°の範囲内に収まるようにすればよい。
【００４５】
上述したグレーティング１４の第１周期Λ（３７０ｎｍ）は、このようにして求められている。なお、この第１周期Λを求めるに当たり、式（１）に代入するｎｃとしては、上述したクラッド１２の屈折率である１．４４を用いた。また、ｎｗとしては、コア１８の屈折率（３．４７）と、幅広部１４ａ及び幅狭部１４ｂの寸法とから求めた等価屈折率である２．３を用いた。
【００４６】
なお、このグレーティング１４のブラッグ波長λＢは、式（２）から、不可避的に１．５７μｍと定まる。
【００４７】
また、この実施形態に示す例では、光素子１０は、Ｓｉ基板上にＳｉＯ２層とＳｉ層とがこの順序で積層されたＳＯＩ基板を利用して作成される。すなわち、最上層のＳｉ層を従来公知のドライエッチング法等でパターニングして、グレーティング１４を備えたコア１８を作成する。その後に、コア１８を埋め込むように、従来公知のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等で、ＳＯＩ基板の全面にクラッド１２となるＳｉＯ２層を堆積する。これにより、光導波路１１を形成し、光素子１０を完成させる。
【００４８】
（動作）
以下、図１を参照して、光素子１０の動作について説明する。
【００４９】
第１及び第２光Ｌｔ１及びＬｔ２の混合光は、光入力部ＩＮ１４からグレーティング１４へと入力される。グレーティング１４の第１周期Λが上述のように設定されているので、グレーティング１４を伝搬する過程で、第１光Ｌｔ１は、波長に応じた結合角Θでクラッド１２を伝搬する放射光Ｌｔに変換され、クラッド１２に放射される。つまり、第１光Ｌｔ１は、グレーティング１４の伝搬距離に応じて減衰していく。
【００５０】
上述のように、第１波長λ１の第１光Ｌｔ１を、クラッド１２に放射させるように第１周期Λを決定すると、グレーティング１４のブラッグ波長λＢが不可避的に１．６μｍ付近に設定される。例えば、この実施形態では、ブラッグ波長λＢは１．５７μｍである。その結果、ブラッグ波長λＢを中心波長とするブラッグピークが生じる。従来は、このブラッグピークを小さくできなかったために、ブラッグピークの波長範囲に第２光Ｌｔ２（波長１．４９μｍ）が含まれてしまい、第２光Ｌｔ２の透過率が減少していた。
【００５１】
この実施形態のグレーティング１４は、後述のように、第２光Ｌｔ２の透過率が実用上十分に大きな値となるまでブラッグピークを縮小化している。従って、第２光Ｌｔ２は、グレーティング１４を透過して、入力された時の光強度を略保ったまま光出力部ＯＵＴ１４から出力される。
【００５２】
（効果）
次に、図２を参照して、光素子１０の効果について説明する。図２は、光素子１０の動作特性を示す特性図である。
【００５３】
図２では、波長を変化させた入射光を、光入力部ＩＮ１４からグレーティング１４に入力したときに、光入力部ＩＮ１４で観測される反射光の入射光に対する強度比率（反射率）、及び光出力部ＯＵＴ１４で観測される透過光の入射光に対する強度比率（透過率）をそれぞれ求めている。より詳細には、（構造）の項で説明したグレーティング１４に対してＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ）法を適用して、図２の反射率及び透過率を計算した。なお、図２において、縦軸はｄＢ単位で測った反射率（曲線ＩＩ）及び透過率（曲線Ｉ）である。横軸は、反射光及び透過光の波長（μｍ）である。
【００５４】
透過率に対応する曲線Ｉを参照すると、第１波長λ１（１．３０±０．５μｍ）における透過率は−３０ｄＢ未満、すなわち入射光強度の１／１０００以下に抑えられている。つまり、グレーティング１４は、第１波長λ１の光の透過率を十分に小さくしている。
【００５５】
一方、第２波長λ２（１．４９μｍ）における透過率は約−１ｄＢである。従って、第２光Ｌｔ２に対する第１光Ｌｔ１の消光比は−３０ｄＢ以下となり、光加入者系通信システムで下り通信光（第２波長λ２）に求められるＳ／Ｎ比（−３０ｄＢ以下）を満足する。
【００５６】
また、反射光に対応する曲線ＩＩに注目すると、ブラッグ波長λＢ（１．５７μｍ）付近に、反射率が約−７ｄＢのブラッグピークが存在する。ブラッグピークでの高い反射率に対応して、曲線Ｉには、波長１．５６〜１．５９μｍの範囲に広がる窪みが存在する。この窪みの極小値は約−２ｄＢであるので、グレーティング１４のブラッグ波長λＢにおける光の透過率は、約８０％に保たれていることが判る。
【００５７】
ところで、第１波長λ１の光をクラッドに放射するように設計された従来型グレーティングは、コアを構成する材料の種類によらず、ブラッグピークが巨大であった。その結果、従来型グレーティングにおけるブラッグ波長λＢでの光の透過率は１０％以下に止まっていた。しかし、この実施形態のグレーティング１４では、ブラッグピークを実用上十分に縮小化することができるので、ブラッグ波長λＢにおける光の透過率を従来の８倍以上にまで高めることができる。その結果、曲線Ｉにおいて、ブラッグピークに由来する上述の窪みを、第２波長λ２の透過率に影響を与えない程度まで小さくすることができる。
【００５８】
このように、グレーティング１４は、（効果１）第１波長λ１の第１光Ｌｔ１の透過率を小さくすること、及び（効果２）第２波長λ２の第２光Ｌｔ２の透過率が悪影響を受けない程度にブラッグピークを縮小化すること、の２つの効果を同時に奏する。
【００５９】
（変形例）
以下、光素子１０の変形例について説明する。
【００６０】
（変形例１）
この実施形態では、幅広部１４ａの第１幅Ｗ１と、幅狭部１４ｂの第２幅Ｗ２との差が、１８０ｎｍの場合について説明した。しかし、第１幅Ｗ１と第２幅Ｗ２との差は、この値に限定されず、１８０〜２００ｎｍの範囲で設計に応じた好適値を選択できる。第１幅Ｗ１と第２幅Ｗ２との差をこの範囲の値に設定することによっても、光素子１０は、上述した（効果１）及び（効果２）を奏する。
【００６１】
（変形例２）
この実施形態では、グレーティング１４を偏波無依存とする場合について説明した。しかし、偏波無依存性は、グレーティング１４が満たすべき必要条件ではない。従って、平均幅と厚みとを異なる値に設定することで偏波依存性を発生させたグレーティングも本発明の範囲に含まれる。
【００６２】
（変形例３）
この実施形態では、グレーティング１４の全長での平均幅を３００ｎｍとした場合について説明した。しかし、グレーティング１４の平均幅は、４００〜５００ｎｍの範囲内で設計に応じた好適値を選択できる。グレーティング１４の平均幅をこの範囲の値とした場合に、グレーティング１４はシングルモードで動作する。また、グレーティング１４の平均幅をこの範囲の値とし、かつ、厚みを平均幅と等しく設定することにより、さらにグレーティング１４を偏波無依存で動作させることができる。
【００６３】
（変形例４）
この実施形態では、グレーティング１４を構成するユニットＵの段数ｎを６０とした場合について説明した。しかし、ユニットＵの段数ｎは、この値に限定されず、６０〜１００段の間で設計に応じた好適値を選択できる。ユニットＵの段数ｎをこの範囲の値とすることによっても、光素子１０は、上述した（効果１）及び（効果２）を奏する。
【００６４】
（変形例５）
この実施の形態では、幅広部１４ａと幅狭部１４ｂの長さＬ１及びＬ２を等しくした場合、つまり、グレーティング１４のデューティー比を５０％とした場合について説明した。しかし、実用上十分な程度にグレーティング１４のブラッグピークを縮小化することを条件として、デューティー比はこの値には限定されず、設計に応じた好適値を選択できる。
【００６５】
（変形例６）
この実施形態では、コア１８として、クラッド１２の屈折率よりも４０％以上大きな屈折率を有する材料を用いた場合について説明した。しかし、コアに十分な強度で光を閉じ込めることができれば、コアの屈折率は、クラッドの屈折率よりも４０％以上大きい必要は無い。このようなコア及びクラッドで構成された光導波路を備えた光素子も、上述した（効果１）及び（効果２）を奏する。
【００６６】
［実施形態２］
以下、図３を参照して、実施形態２の光素子について説明する。図３（Ａ）は、光素子の構造を概略的に示す平面図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿って取った端面図である。なお、図３において、光素子２０を構成する光導波路１１は、クラッド１２に覆われているために、直接目視することはできないが、強調のために実線で描いてある。
【００６７】
（構造）
この実施形態の光素子２０は、光導波路１１が更に干渉器２２を備えている点が、実施形態１の光素子１０と異なっている。よって、図３において、図１と同様の構成要素には同符号を付して、その説明を省略する。
【００６８】
光素子２０を構成する光導波路１１は、１個の第１型のマッハツェンダ干渉計（以下、ＭＺ干渉計とも称する。）２２１を備えた干渉器２２と、グレーティング１４とを有している。光導波路１１は、さらに、任意的な要素として入力部２４と出力部２６とを備えている。
【００６９】
入力部２４の入力用光導波路２４ａは、干渉器２２の第１光導波路１６ａの入力端ＩＮ１６ａに接続されている。干渉器２２の第１光導波路１６ａの出力端ＯＵＴ１６ａは、出力部２６の第１出力用光導波路２６ａに接続されている。干渉器２２の第２光導波路１６ｂの出力端ＯＵＴ１６ｂは、グレーティング１４を介して出力部２６の第２出力用光導波路２６ｂに接続されている。
【００７０】
ここで、ＭＺ干渉計の型について、簡単に説明する。一般に、ＭＺ干渉計は、２個の方向性結合器と、これらの方向性結合器を接続するアーム部とを備える。アーム部は、所定の光路長差ΔＳを有し、互いに並列された２本の湾曲光導波路からなる。ここで、絶対値が等しく符号が異なる光路長差ΔＳ及び−ΔＳをそれぞれ有する以外は等しく構成された２種類のＭＺ干渉計を考え、便宜的に、一方（光路長差ΔＳ）を「第１型」と称し、他方（光路長差−ΔＳ）を「第２型」と称する。
【００７１】
なお、ここで「光路長」とは、一般的に、光導波路の幾何学的な長さＰを、ある波長の光が感じる光導波路の等価屈折率ｑで補正した光学的な長さのことを示す。光路長をＳとすると、ＳはＰ×ｑで与えられる。
【００７２】
光導波路１１は、全ての構成要素を断面矩形状のチャネル型導波路とする。また、光導波路１１は、全ての構成要素の厚みＤを３００ｎｍとする。また、グレーティング１４と、後述する方向性結合器２２１Ｌ及び２２１Ｒとを除いて、光導波路１１は、構成要素の幅Ｗを３００ｎｍとする。このように、グレーティング１４と、方向性結合器２２１Ｌ及び２２１Ｒとを除く光導波路１１の構成要素の横断面形状を幅３００ｎｍ及び厚み３００ｎｍの正方形状とすることにより、グレーティング１４と、方向性結合器２２１Ｌ及び２２１Ｒとを除く光導波路１１の構成要素を偏波無依存にすることができる。
【００７３】
光導波路１１を構成する入力部２４は、入力用光導波路２４ａとダミー導波路２４ｂとを備えている。入力用光導波路２４ａの一端は、クラッド１２の側面から露出している。この一端から第１光Ｌｔ１及び第２光Ｌｔ２の混合光が入力される。入力用光導波路２４ａの他端は、干渉器２２、すなわち第１型のＭＺ干渉計２２１を構成する第１光導波路１６ａに接続されている。ダミー導波路２４ｂは、一端部がクラッド１２中に開放された自由端であり、他端部が第２光導波路１６ｂに接続されている。ダミー導波路２４ｂは、実質的に光素子１０の動作には関係しない。
【００７４】
光導波路１１を構成する干渉器２２は、１個の第１型のＭＺ干渉計２２１を備えている。第１型のＭＺ干渉計２２１は、第１光導波路１６ａの入力端ＩＮ１６ａに入力された第２光Ｌｔ２を、第２光導波路１６ｂの出力端ＯＵＴ１６ｂから出力させるように構成されている。
【００７５】
干渉器２２を構成する第１型のＭＺ干渉計２２１は、構造的には、並列された２本の光導波路である第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂで構成されている。また、機能的には、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂにより形成された２個の方向性結合器２２１Ｌ及び２２１Ｒと、アーム部２２１Ｃとを備えている。
【００７６】
第１型のＭＺ干渉計２２１の構造的要素である第１光導波路１６ａは、２個の第１直線部１６ａ１Ｌ及び１６ａ１Ｒと、第１湾曲部１６ａ１Ｃとを備えている。第１湾曲部１６ａ１Ｃは、これらの第１直線部１６ａ１Ｌ及び１６ａ１Ｒ間に介在している。第２光導波路１６ｂは、２個の第２直線部１６ｂ１Ｌ及び１６ｂ１Ｒと、第２湾曲部１６ｂ１Ｃとを備えている。第２湾曲部１６ｂ１Ｃは、これらの第２直線部１６ｂ１Ｌ及び１６ｂ１Ｒ間に介在している。なお、以下の記載において、特に断らない限り、「第ｉ直線部」又は「第ｉ湾曲部」（ｉ＝１又は２）とは、第ｉ直線部又は第ｉ湾曲部を構成する第ｊ光導波路（ｊ＝１又は２）の部分領域を示す。
【００７７】
第１型のＭＺ干渉計２２１の機能的要素である方向性結合器２２１Ｌは、第１及び第２直線部１６ａ１Ｌ及び１６ｂ１Ｌで構成されている。また、方向性結合器２２１Ｒは、第１及び第２直線部１６ａ１Ｒ及び１６ｂ１Ｒで構成されている。同様に、アーム部２２１Ｃは、第１及び第２湾曲部１６ａ１Ｃ及び１６ｂ１Ｃで構成されている。第１型のＭＺ干渉計２２１において、方向性結合器２２１Ｌ、アーム部２２１Ｃ及び方向性結合器２２１Ｒは、この順番で直列に配置されている。
【００７８】
方向性結合器２２１Ｌは、光結合可能な距離だけ離間して互いに平行に配置された第１及び第２直線部１６ａ１Ｌ及び１６ｂ１Ｌで構成されている。第１及び第２直線部１６ａ１Ｌ及び１６ｂ１Ｌの長さＬＬ１は、互いに等しく、第２光Ｌｔ２に関する結合長の１／２とする。また、第１及び第２直線部１６ａ１Ｌ及び１６ｂ１Ｌの幅ＷＷ１は、互いに等しく、約２８５ｎｍとする。また、第１及び第２直線部１６ａ１Ｌ及び１６ｂ１Ｌの導波路間隔、すなわち互いに対向する側面同士の間隔は、約６５０ｎｍとする。
【００７９】
ここで、「結合長」とは、互いに平行な２本の直線状光導波路からなる方向性結合器において、一方の光導波路から入力された光が、他方の光導波路へと完全にパワー移行するために要する、方向性結合器の光伝搬方向に沿った幾何学的長さである。
【００８０】
方向性結合器２２１Ｒは、寸法も含めて方向性結合器２２１Ｌと同様に構成されている。
【００８１】
方向性結合器２２１Ｌ及び２２１Ｒは、アーム部２２１Ｃと相俟って、第１直線部１６ａ１Ｌへと入力された混合光を波長分離して、第２光Ｌｔ２を第２直線部１６ｂ１Ｒから出力させ、第１光Ｌｔ１を第１直線部１６ａ１Ｒから出力させる機能を有する。
【００８２】
上述のように方向性結合器２２１Ｌ及び２２１Ｒの厚みＤを３００ｎｍとし、幅ＷＷ１を２８５ｎｍとすることにより、方向性結合器２２１Ｌ及び２２１Ｒを偏波無依存で動作させることができる。
【００８３】
また、方向性結合器２２１Ｌ及び２２１Ｒの長さの和（ＬＬ１×２）を第２光Ｌｔ２に関する結合長と等しくすることにより、方向性結合器２２１Ｌ及び２２１Ｒの伝搬終了時に、第２光Ｌｔ２のパワーの全てが第１光導波路１６ａから第２光導波路１６ｂへと移行する。一方、第１光Ｌｔ１は、パワー移行を生じることなく、第１光導波路１６ａを伝搬する。
【００８４】
なお、この実施形態では、方向性結合器２２１Ｌ及び２２１Ｒの幾何学的長さを第２光Ｌｔ２の結合長を基にして設計している。これは、波長の長い第２光Ｌｔ２（λ２＝１．４９μｍ）の方が、波長の短い第１光Ｌｔ１（λ１＝１．３０±０．５μｍ）よりも方向性結合器２２１Ｌ及び２２１Ｒにおける結合が強いため、方向性結合器２２１Ｌ及び２２１Ｒの長さを短くできるからである。
【００８５】
再び、第１型のＭＺ干渉計２２１の機能的要素の説明に戻ると、アーム部２２１Ｃは、互いに異なる光路長を有し、並列された第１及び第２湾曲部１６ａ１Ｃ及び１６ｂ１Ｃで構成されている。第１湾曲部１６ａ１Ｃの光路長をＳ１ａとし、第２湾曲部１６ｂ１Ｃの光路長をＳ１ｂ（＜Ｓ１ａ）とする。このとき、第１及び第２湾曲部１６ａ１Ｃ及び１６ｂ１Ｃの光路長差（Ｓ１ａ−Ｓ１ｂ）を、ΔＳ１とする。この実施形態では、ΔＳ１は、下記の２条件が成立する値である約１．３５μｍとした。
【００８６】
第１及び第２湾曲部１６ａ１Ｃ及び１６ｂ１Ｃの光路長Ｓ１ａ及びＳ１ｂは、ΔＳ１が以下の２条件を満たすように決定する。その条件とは、ｋを正の整数とした場合に、（条件１）第１及び第２光湾曲部１６ａ１Ｃ及び１６ｂ１Ｃを伝搬後の第１光Ｌｔ１の位相差が（２ｋ＋１）πとなること、及び、（条件２）第１及び第２光湾曲部１６ａ１Ｃ及び１６ｂ１Ｃを伝搬後の第２光Ｌｔ２の位相差が２ｋπとなること、である。
【００８７】
第１及び第２光湾曲部１６ａ１Ｃ及び１６ｂ１Ｃの光路長Ｓ１ａ及びＳ１ｂを上述のように設定すれば、アーム部２２１Ｃを伝搬後の第２光Ｌｔ２は位相が一致するので、方向性結合器２２１Ｒを伝搬する過程で第２直線部１６ｂ１Ｒにパワーが移行する。一方、アーム部２２１Ｃを伝搬後の第１光Ｌｔ１は位相が反転するので、方向性結合器２２１Ｒを伝搬する過程でパワー移行を生じることなく第１直線部１６ａ１Ｒを伝搬する。
【００８８】
アーム部２２１Ｃは、第１及び第２光湾曲部１６ａ１Ｃ及び１６ｂ１Ｃを伝搬する第１及び第２光Ｌｔ１及びＬｔ２に所定の位相差を付与して、光素子２０の波長分離能力を高める機能を有する。
【００８９】
光導波路１１を構成するグレーティング１４は、方向性結合器２２１Ｒの第２直線部１６ｂ１Ｒに接続されている。グレーティング１４には、第２波長λ２の第２光Ｌｔ２と、この第２光Ｌｔ２に対する妨害光とが入力される。妨害光は、第１型のＭＺ干渉計２２１により分離し切れなかった第１波長λ１の第１光Ｌｔ１を主成分とする。
【００９０】
上述のように、グレーティング１４は、（１）第１波長λ１の妨害光の強度を低減するとともに、（２）第２光Ｌｔ２の強度を高く保つことにより、消光比を高めた第２光Ｌｔ２を出力部２６の第２出力用光導波路２６ｂに出力する。
【００９１】
光導波路１１を構成する出力部２６は、第１出力用光導波路２６ａと第２出力用光導波路２６ｂとを備えている。第１出力用光導波路２６ａの一端は、方向性結合器２２１Ｒの第１直線部１６ａ１Ｒに接続されている。第２出力用光導波路２６ｂの一端は、グレーティング１４の他端に接続されている。第１出力用光導波路２６ａから第１光Ｌｔ１が出力され、第２出力用光導波路２６ｂから第２光Ｌｔ２が出力される。
【００９２】
（動作）
以下、図３を参照して、光素子２０の動作について説明する。
【００９３】
入力部２４に入力された第１及び第２光Ｌｔ１及びＬｔ２の混合光は、入力用光導波路２４ａを伝搬して方向性結合器２２１Ｌの第１直線部１６ａ１Ｌに至る。
【００９４】
方向性結合器２２１Ｌの長さは、上述のようにＬＬ１に設定されている。その結果、第２光Ｌｔ２（λ２＝１．４９μｍ）は、第１及び第２直線部１６ａ１Ｌ及び１６ｂ１Ｌ間の相互作用により、方向性結合器２２１Ｌの伝搬が終了した時点で、第２直線部１６ｂ１Ｌに半分のパワーが移行する。一方、第１光Ｌｔ１（λ１＝１．３０±０．５μｍ）は、パワー移行を生じることなく第１直線部１６ａ１Ｌを伝搬する。
【００９５】
また、方向性結合器２２１Ｌを構成する第１及び第２直線部１６ａ１Ｌ及び１６ｂ１Ｌの幅はＷＷ１に、厚さはＤにそれぞれ設定している。その結果、第１及び第２光Ｌｔ１及びＬｔ２に関して、方向性結合器２２１Ｌは偏波無依存で動作する。
【００９６】
続いて、第１及び第２光Ｌｔ１及びＬｔ２はアーム部２２１Ｃを伝搬する。アーム部２２１Ｃを構成する第１及び第２湾曲部１６ａ１Ｃ及び１６ｂ１Ｃの光路長差ΔＳ１は、上述したように設定されているので、アーム部２２１Ｃを伝搬後の第２光Ｌｔ２は、位相が一致して、方向性結合器２２１Ｒの第１及び第２直線部１６ａ１Ｒ及び１６ｂ１Ｒに入力される。一方、アーム部２２１Ｃを伝搬後の第１光Ｌｔ１は位相が反転して、方向性結合器２２１Ｒの第１及び第２直線部１６ａ１Ｒ及び１６ｂ１Ｒに入力される。
【００９７】
なお、アーム部２２１Ｃを構成する第１及び第２湾曲部１６ａ１Ｃ及び１６ｂ１Ｃは厚みがＤ、及び幅がＷにそれぞれ設定されている。よって、第１及び第２光Ｌｔ１及びＬｔ２に関して、アーム部２２１Ｃは偏波無依存で動作する。
【００９８】
続いて、第１及び第２光Ｌｔ１及びＬｔ２は、方向性結合器２２１Ｒに入力される。方向性結合器２２１Ｒは、方向性結合器２２１Ｌと同様に構成されている。そのため、第２光Ｌｔ２は、方向性結合器２２１Ｒの伝搬後、偏波無依存で第２直線部１６ｂ１Ｒに全てのパワーが移行して、グレーティング１４へとクロス状態で出力される。一方、第１光Ｌｔ１は、偏波無依存で第１直線部１６ａ１Ｒを伝搬して、第１出力用光導波路２６ａからバー状態で出力される。
【００９９】
ここで、「クロス状態で出力」とは、第１光導波路１６ａから入力された光が、方向性結合器２２１Ｌ及び２２１Ｒと、アーム部２２１Ｃとの作用により、第２光導波路１６ｂに全てのパワーが移行し、第２光導波路１６ｂから出力されることを意味する。また、「バー状態で出力」とは、第１光導波路１６ａから入力された光が、第２光導波路１６ｂへのパワー移行が発生せず、第１光導波路１６ａから出力されることを意味する。
【０１００】
再び動作の説明に戻ると、第１型のＭＺ干渉計２２１から出力された第２光Ｌｔ２はグレーティング１４に入力される。ところで、（発明が解決しようとする課題）の項で説明した理由により、グレーティング１４に入力される第２光Ｌｔ２は、発光素子から出力される第１波長λ１の第１光Ｌｔ１を主成分とする妨害光を含んでいる。
【０１０１】
上述のようにグレーティング１４は、第１波長λ１の光を−３０ｄＢ以下にまで減少させることができる。また、グレーティング１４は、第２光Ｌｔ２の透過率が実用上十分に大きな値となるまで、ブラッグピークを縮小化している。よって、第２光Ｌｔ２は、グレーティング１４により消光比を高められて第２出力用光導波路２６ｂから出力される。
【０１０２】
このように、光素子２０は、入力用光導波路２４ａから入力された第１及び第２光Ｌｔ１及びＬｔ２の混合光を、偏波無依存で波長分離して、第１光Ｌｔ１を第１出力用光導波路２６ａから出力し、及び第２光Ｌｔ２を第２出力用光導波路２６ｂから出力する。
【０１０３】
なお、光の伝搬に関しては逆過程が成り立つことから、波長λ１（１．３０±０．５μｍ）の第１光Ｌｔ１が、上述とは反対の経路で伝搬する場合も成り立つ。つまり、第１光Ｌｔ１が第１出力用光導波路２６ａから光素子２０に入力され、入力用光導波路２４ａから出力される場合も同様に成り立つ。この場合、入力用光導波路２４ａに光ファイバを接続し、第１出力用光導波路２６ａに発光素子を接続し、及び第２出力用光導波路２６ｂに受光素子を接続すれば、光素子２０は、導波路型光素子として機能する。このとき光素子２０と発光素子と受光素子とは、上り通信に第１光Ｌｔ１を用い、下り通信に第２光Ｌｔ２を用いるＯＮＵを構成する。
【０１０４】
このように、この実施形態の光素子２０は、上述のグレーティング１４を用いて導波路型光素子を形成しているので、ＯＮＵの消光比を向上することができる。
【０１０５】
なお、この実施形態においては、第１型のＭＺ干渉計２２１を偏波無依存とする場合について説明した。しかし、偏波無依存性は、第１型のＭＺ干渉計２２１が満たすべき必要条件ではない。従って、第１及び第２光導波路１６ａ及び１６ｂの幅と厚みとを異なる値に設定することで偏波依存性を発生させた第１型のＭＺ干渉計２２１を構成要素とする光素子２０も本発明の範囲に含まれる。
【０１０６】
［実施形態３］
図４は、実施形態３に係る光素子の構造を概略的に示す平面図である。図５は、この光素子の特性を示す特性図である。なお、図４において、光素子を構成する光導波路１１は、クラッド１２に覆われているために、直接目視することはできないが、強調のために実線で描いてある。
【０１０７】
（構造）
この実施形態の光素子３０は、光導波路１１が、（１）２個のＭＺ干渉計を備えた干渉器３１を有している点、及び（２）副干渉器３２を備えている点が、実施形態２の光素子２０と主に異なっている。よって、図４において、図３と同様の構成要素には同符号を付して、その説明を省略する。
【０１０８】
光素子３０が光素子２０と異なる点の一つは、干渉器３１が、第１型のＭＺ干渉計２２１と、第２型のＭＺ干渉計２２２とを備えていることである。これらのＭＺ干渉計２２１及び２２２は、後述するように略等しく構成されている。そこで、ＭＺ干渉計２２２の構成要素には、ＭＺ干渉計２２１と同じ符号を付与し、符号に付した下付きの添字「１」又は「２」で両者を区別する。
【０１０９】
これら２個のＭＺ干渉計２２１及び２２２は、それぞれの第１光導波路１６ａ同士が互いに接続され、及び、それぞれの第２光導波路１６ｂ同士が互いに接続されている。そして、グレーティング１４は、第２型のＭＺ干渉計２２２の第２光導波路１６ｂの出力端ＯＵＴ１６ｂに接続されている。
【０１１０】
上述のように第１型と第２型のＭＺ干渉計２２１及び２２２の違いは、それぞれのアーム部２２１Ｃ及び２２２Ｃを構成する２本の光導波路間の光路長差の正負が逆転していることである。より詳細には、第２型のＭＺ干渉計２２２においては、第１光導波路１６ａの第１湾曲部１６ａ２Ｃと、第２光導波路１６ｂの第２湾曲部１６ｂ２Ｃとでアーム部２２２Ｃが構成されている。ここで、第１及び第２湾曲部１６ａ２Ｃ及び１６ｂ２Ｃの光路長をそれぞれＳ２ａ及びＳ２ｂとする。そして、第１及び第２湾曲部１６ａ２Ｃ及び１６ｂ２Ｃの光路長差（Ｓ２ａ−Ｓ２ｂ）をΔＳ２とする。このとき、ΔＳ２と−ΔＳ１とが等しくなる。
【０１１１】
なお、この実施形態では、第１型のＭＺ干渉計２２１の方向性結合器２２１Ｌ及び２２１Ｒの長さと、第２型のＭＺ干渉計２２２の方向性結合器２２２Ｌ及び２２２Ｒの長さとを、それぞれ第２光Ｌｔ２の結合長の１／４に変更している。これは、干渉器３１が備える合計４個の方向性結合器２２１Ｌ，２２１Ｒ，２２２Ｌ及び２２２Ｒの長さの総和を第２光Ｌｔ２の結合長と等しくするためである。これにより、第１型及び第２型のＭＺ干渉計２２１及び２２２を伝搬後の第２光Ｌｔ２は、第２直線部１６ｂ２Ｒからクロス状態で出力される。
【０１１２】
このように、干渉器３１を複数のＭＺ干渉計で構成することにより、実施形態２の光素子２０に比較して、光素子３０の波長分離能力を高めることができる。より詳細には、干渉器３１からの出力段階において、第１光Ｌｔ１の消光比と第２光Ｌｔ２の消光比とを、光素子２０に比較して改善することができる。特に、光素子３０は、グレーティング１４を伝搬することなく第１出力用光導波路２６ａから出力される第１光Ｌｔ１の消光比を高めることができる。
【０１１３】
また、発明者らのシミュレーションの結果、第１型と第２型のＭＺ干渉計２２１及び２２２が直列に接続された干渉器３１では、光素子３０の第２出力用光導波路２６ｂからクロス状態で出力される第２光Ｌｔ２の波長ズレに対する安定度が高まる。つまり、図５において、クロス出力光を表す曲線ＩＩの波長１．５〜１．７μｍに存在するピークの平坦領域を光素子２０に比べて幅広くすることができる。
【０１１４】
光素子３０が光素子２０と異なるもう一つの点は、光導波路１１が副干渉器３２を備えていることである。以下、副干渉器３２の構成について説明する。
【０１１５】
副干渉器３２は、第１型のＭＺ干渉計３２１と第２型のＭＺ干渉計３２２とを備えている。ここで、第１型のＭＺ干渉計３２１は、干渉器３１の第１型のＭＺ干渉計２２１と、寸法を含めて同様に構成されている。また、第２型のＭＺ干渉計３２２は、干渉器３１の第２型のＭＺ干渉計２２２と、寸法を含めて同様に構成されている。副干渉器３２を構成する２個のＭＺ干渉計３２１及び３２２は、それぞれの第１光導波路３６ａ同士が互いに接続され、及び、それぞれの第２光導波路３６ｂ同士が互いに接続されている。
【０１１６】
副干渉器３２の第２光導波路３６ｂの入力端ＩＮ３６ｂは、干渉器３１の第１光導波路１６ａの出力端ＯＵＴ１６ａに接続されている。より詳細には、副干渉器３２の方向性結合器３２１Ｌを構成する第２直線部３６ｂ１Ｌに、干渉器３１における第２型のＭＺ干渉計２２２の方向性結合器２２２Ｒを構成する第１直線部１６ａ２Ｒが接続されている。
【０１１７】
副干渉器３２の第２光導波路３６ｂの出力端ＯＵＴ３６ｂは、出力部２６の第１出力用光導波路２６ａに接続されている。より詳細には、副干渉器３２の方向性結合器３２２Ｒを構成する第２直線部３６ｂ２Ｒに、第１出力用光導波路２６ａが接続されている。
【０１１８】
また、副干渉器３２の第１光導波路３６ａの両端部は、他の光導波路と接続されない自由端とされている。
【０１１９】
副干渉器３２の第２光導波路３６ｂには、干渉器３１の第１光導波路１６ａから波長選択された第１光Ｌｔ１が入力される。副干渉器３２は干渉器３１と同様に構成されているので、上述したように、第１波長λ１の第１光Ｌｔ１をバー状態で出力し、第２波長λ２の第２光Ｌｔ２をクロス状態で出力する。よって、副干渉器３２の第２光導波路３６ｂに入力された第１光Ｌｔ１は、第１光導波路３６ａにパワーが移行することなく、第２光導波路３６ｂから第１出力用光導波路２６ａへと出力される。
【０１２０】
副干渉器３２の第２光導波路３６ｂに入力された第１光Ｌｔ１に含まれる第２波長λ２の妨害光は、副干渉器３２の伝搬過程で、第１光導波路３６ａにパワーが移行し、クラッド１２中へと放射される。その結果、副干渉器３２を設けることにより、第１出力用光導波路２６ａから出力される第１光Ｌｔ１の消光比を高めることができる。
【０１２１】
光素子３０の動作は、（１）第１及び第２光Ｌｔ１及びＬｔ２が、干渉器２２と同様に機能する干渉器３１を伝搬する点、及び（２）副干渉器３２により第１光Ｌｔ１から第２波長λ２の妨害光が除去される点を除いて、実質的に光素子２０と同様である。よって、光素子３０の動作の説明を省略する。
【０１２２】
（シミュレーション）
次に、図５を参照して、光素子３０の動作特性について説明する。図５は、光素子３０の動作特性を示す特性図である。
【０１２３】
図５では、波長を変化させた入射光を、入力用光導波路２４ａから光素子３０に入力したときに、第１及び第２出力光用導波路２６ａ及び２６ｂから出力される光の強度を、それぞれＦＤＴＤ法で求めている。曲線Ｉは、第１出力用光導波路２６ａからバー状態で出力される光（以下、バー出力光と称する）に対応し、曲線ＩＩは、第２出力用光導波路２６ｂからクロス状態で出力される光（以下、クロス出力光と称する）に対応する。図５の縦軸は出力される光の強度（ｄＢ）であり、横軸は出力される光の波長（μｍ）である。
【０１２４】
なお、このシミュレーションに当たり、以下に列記する点を除いて、グレーティング１４、干渉器３１及び副干渉器３２は、既に説明した寸法を有している。
【０１２５】
（１）グレーティング１４の第１周期Λを３５０ｎｍとした。この変更は、ブラッグ波長λＢを調整するためである。この変更に伴い、幅広部１４ａと幅狭部１４ｂの長さＬ１及びＬ２は、それぞれ１７５ｎｍとなる。また、式（２）より、ブラッグ波長λＢは、約１．６１μｍと計算される。
【０１２６】
（２）グレーティング１４のユニットＵを構成する幅広部１４ａの第１幅Ｗ１を４００ｎｍとし、幅狭部１４ｂの第２幅Ｗ２を２００ｎｍとした。
【０１２７】
（３）グレーティング１４を構成するユニットＵの段数ｎを１００とした。
【０１２８】
（４）干渉器３１を構成する第１型及び第２型のＭＺ干渉計２２１及び２２２において、方向性結合器２２１Ｌ及び２２２Ｒの長さをそれぞれ２．２５μｍとし、方向性結合器２２１Ｒ及び２２２Ｌの長さをそれぞれ３．２５μｍとした。この変更は、干渉器３１の波長選択範囲を調整するためである。なお、副干渉器３２を構成する第１型及び第２型のＭＺ干渉計３２１及び３２２についても、同様に変更した。
【０１２９】
クロス出力光に対応する曲線ＩＩを参照すると、第２波長λ２（１．４９μｍ）の第２光Ｌｔ２の強度は、約−４ｄＢである。一方、妨害光である第１波長λ１（１．３０±０．５μｍ）の第１光Ｌｔ１の強度は、略−４０ｄＢ未満に抑えられている。よって、光素子３０における第１光Ｌｔ１の第２光Ｌｔ２に対する消光比は−３０ｄＢ未満となり、光加入者系通信システムで下り通信光（第２光Ｌｔ２）に求められるＳ／Ｎ比を満足する。
【０１３０】
バー出力光に対応する曲線Ｉを参照すると、ブラッグ波長λＢ（１．６１μｍ）でのブラッグピークの強度は、約−２５ｄＢである。この値は、図２で説明したブラッグピーク強度（約−７ｄＢ）の、１／１００程度の値である。このように、ブラッグピークが十分に小さいため、ブラッグ波長λＢの位置において曲線ＩＩには、図２で説明した窪みが存在しない。つまり、光素子３０は、第２光Ｌｔ２の透過率が悪影響を受けない程度にブラッグピークを縮小化している。
【０１３１】
このように、光素子３０は、グレーティング１４の寸法を最適化したこと、及び、光素子３０が干渉器３１及び副干渉器３２を更に備えていることにより、光素子２０以上の効果を奏する。すなわち、クロス出力光における第１光Ｌｔ１の強度を−４０ｄＢ未満に低減するとともに、クロス出力光における第２光Ｌｔ２の強度が影響を受けない程度にブラッグピークを縮小化した。その結果、光素子３０を導波路型光素子として用いたＯＮＵでは、第１光Ｌｔ１の第２光Ｌｔ２に対する消光比を改善することができる。
【０１３２】
（変形例）
以下、光素子３０の変形例について説明する。なお、光素子３０は、光素子１０及び２０と同様の変形が可能である。
【０１３３】
（変形例１）
この実施形態では、干渉器３１が合計２個のＭＺ干渉計として、第１型のＭＺ干渉計２２１と第２型のＭＺ干渉計２２２とを１個ずつ備える場合について説明した。しかし、干渉器３１を構成するＭＺ干渉計の個数、及び、干渉器３１を構成する第１型及び第２型のＭＺ干渉計の個数の比率は、この値に限定されない。
【０１３４】
干渉器３１を構成するＭＺ干渉計の個数は、１個又は２個には限定されず、設計に応じて３個以上としてもよい。なお、型に関わりなく、複数のＭＺ干渉計を直列に接続する場合には、それぞれの第１及び第２光導波路同士を互いに接続する。このように構成することにより、ＭＺ干渉計の個数に応じて、干渉器３１からの出力段階における光素子の波長分離能力が高まる。ただし、ＭＺ干渉計の個数が多すぎる場合、光が干渉器３１を伝搬する際の伝搬損失が大きくなるため好ましくない。
【０１３５】
また、干渉器３１を構成する第１型及び第２型のＭＺ干渉計の個数の比率は、１対１には限定されず、設計に応じて任意の比率とすることができる。すなわち、第１型のＭＺ干渉計の個数に対する第２型のＭＺ干渉計の個数の比率は、０〜１の範囲で任意の比率とすることができる。
【０１３６】
発明者らは、光路長差がΔＳ及び−ΔＳである第１型と第２型のＭＺ干渉計を２個以上含む干渉器３１についてシミュレーションを行った。その結果、隣接する２個のＭＺ干渉計対における光路長差の和の値により、干渉器３１の波長分離挙動に差が生じるという知見を得ている。すなわち、光路長差の和が０（ゼロ）となるＭＺ干渉計対（以下、クロス状態対と称する。）の数が多ければ、クロス状態で出力される第２光Ｌｔ２のピーク波長帯域が広がる。一方、光路長差の和が２ΔＳ又は−２ΔＳとなるＭＺ干渉計対（以下、バー状態対と称する。）の数が多ければ、バー状態で出力される第１光Ｌｔ１のピーク波長帯域が広がる。
【０１３７】
よって、第１型及び第２型のＭＺ干渉計の個数の比率は、クロス状態対とバー状態対の個数を勘案しつつ、第１及び第２光Ｌｔ１及びＬｔ２のピーク波長帯域が所望の範囲となるような値とすればよい。
【０１３８】
（変形例２）
この実施形態では、副干渉器３２が合計２個のＭＺ干渉計として、第１型のＭＺ干渉計３２１と第２型のＭＺ干渉計３２２とを１個ずつ備える場合について説明した。しかし、副干渉器３２を構成するＭＺ干渉計の個数、及び、副干渉器３２を構成する第１型及び第２型のＭＺ干渉計の個数の比率は、この値に限定されない。
【０１３９】
副干渉器３２を構成するＭＺ干渉計の個数は、２個には限定されず、設計に応じて１個又は３個以上としてもよい。なお、型に関わりなく、複数のＭＺ干渉計を直列に接続する場合には、それぞれの第１及び第２光導波路同士を互いに接続する。このように構成することにより、ＭＺ干渉計の個数に応じて、第１光Ｌｔ１の消光比が向上する。ただし、ＭＺ干渉計の個数が多すぎる場合、光が干渉器３２を伝搬する際の伝搬損失が大きくなるため好ましくない。
【０１４０】
また、上述した（変形例１）と同様の理由により、第１型及び第２型のＭＺ干渉計の個数の比率は、クロス状態対とバー状態対の個数を勘案しつつ、第１及び第２光Ｌｔ１及びＬｔ２のピーク波長帯域が所望の範囲となるような値とすればよい。
【符号の説明】
【０１４１】
８  基板
８ａ  主面
１０，２０，３０  光素子
１１  光導波路
１２  クラッド
１４  グレーティング
１４ａ  幅広部
１４ｂ  幅狭部
ＩＮ１４  光入力部
ＯＵＴ１４  光出力部
１８  コア
２２，３１  干渉器
２２１，３２１  第１型のマッハツェンダ干渉計（ＭＺ干渉計）
２２２，３２２  第２型のマッハツェンダ干渉計（ＭＺ干渉計）
２２１Ｌ，２２１Ｒ，２２２Ｌ，２２２Ｒ，３２１Ｌ，３２１Ｒ，３２２Ｌ，３２２Ｒ  方向性結合器
２２１Ｃ，２２２Ｃ，３２１Ｃ，３２２Ｃ  アーム部
１６ａ１Ｌ，１６ａ１Ｒ，１６ａ２Ｌ，１６ａ２Ｒ，３６ａ１Ｌ，３６ａ１Ｒ，３６ａ２Ｌ，３６ａ２Ｒ  第１直線部
１６ｂ１Ｌ，１６ｂ１Ｒ，１６ｂ２Ｌ，１６ｂ２Ｒ，３６ｂ１Ｌ，３６ｂ１Ｒ，３６ｂ２Ｌ，３６ｂ２Ｒ  第２直線部
１６ａ１Ｃ，３６ａ１Ｃ，１６ａ２Ｃ，３６ａ２Ｃ  第１湾曲部
１６ｂ１Ｃ，３６ｂ１Ｃ，１６ｂ２Ｃ，３６ｂ２Ｃ  第２湾曲部
１６ａ，３６ａ  第１光導波路
１６ｂ，３６ｂ  第２光導波路
ＩＮ１６ａ，ＩＮ３６ｂ  入力端
ＯＵＴ１６ａ，ＯＵＴ１６ｂ，ＯＵＴ３６ｂ  出力端
２４  入力部
２４ａ  入力用光導波路
２６  出力部
２６ａ  第１出力用光導波路
２６ｂ  第２出力用光導波路
３２  副干渉器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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